(57)【要約】【課題】  ガス（受感ガス）の漏れが生じにくい赤外線ガス分析計を提供する。【解決手段】  光源２０からの赤外線の光路上に試料ガスが導入される測定セル３０と、測定セル３０を通過した赤外線を検出する検出部１０とを備えた赤外線ガス分析計であって、検出部１０が、前室４１および後室４２と、連通路４３と、前室４１と後室４２との圧力差を検出するセンサ４４と、ブロック１１の壁面を貫通する流路であって前室４１、後室４２にガスを封入した後に閉塞されるガス封入流路１２，１３、１４、１５とから構成され、ガス封入流路は外側面が円柱状のプラグ１６、１７により閉塞されるようにして、シール性を向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から導かれた赤外線の光路上に試料ガスが導入される測定セルと、測定セルに隣接するブロックに形成され測定セルを通過した赤外線を検出する検出部とを備えた赤外線ガス分析計であって、
検出部が、ブロックの壁面に囲まれた前室および後室と、これら２室を連通する連通路と、連通路内にあって前室と後室との圧力差を検出するセンサと、ブロックの壁面を貫通する流路であって前室、後室にガスを封入した後に閉塞されるガス封入流路とから構成され、
ガス封入流路は外側面が円柱状のプラグにより閉塞されることを特徴とする赤外線ガス分析計。
【請求項２】
ガス封入流路の内壁と接触する部分と非接触の部分とが交互に形成されるようにプラグ外側面に凹凸が形成されることを特徴とする請求項１に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項３】
プラグとブロックとは同じか熱膨張係数が略等しい材料が用いられることを特徴とする請求項１に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項４】
プラグは外側面が円柱状で、かつ、上面に穴部が形成されるプラグ本体と、穴部に嵌入する嵌入部材とからなり、プラグ本体の外側面径は嵌入部材が嵌めこまれていない状態ではガス封入流路の内径よりわずかに小さく、穴部に嵌入部材を嵌めた状態でプラグ本体の外側面がガス封入流路内面に当接するように形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の赤外線ガス分析計。
【請求項５】
プラグ本体の上面の穴部はテーパー形状をなすことを特徴とする請求項４に記載の赤外線ガス分析計。
【請求項６】
ガス封入流路は段差部を有し、プラグが段差部を先端にして固定されることを特長とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の赤外線ガス分析計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外活性な被測定成分ガスの赤外線スペクトル吸収に伴うガス圧変動によるガスの流れを利用して、試料ガス濃度（特定ガス種の濃度）を計測する赤外線ガス分析計に関し、さらに詳細には内部にガスを封入して用いる検出部の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つ以上の異なる原子から成る異核分子の多くは、波長1〜２０μｍ の赤外光を照射すると、その化学種に特有の振動および回転の運動エネルギー準位の遷移が起こり、特定の赤外線スペクトルを吸収し、内部エネルギーや体積あるいは圧力の増加など、熱力学的な変化を引き起こす。非分散型赤外線ガス分析計（以下、ＮＤＩＲという）は、この様なガス成分の特性を利用して、その濃度を計測する分析機器である。
【０００３】
ガス圧変動によるガスの流れを検出する熱線式フローセンサを検出器として搭載したシングルビーム式ＮＤＩＲの構成を図６に示す。図に示すようにこの種のＮＤＩＲは、一般に、赤外光を発生するための光源部２０、試料ガス（被測定ガス）が導入されるセル部３０、セル部３０を通過した赤外光の強度を計測することで最終的に試料濃度を計測する検出部４０の３つのユニットから構成されている。光源部２０は赤外光の発生を担い、赤外光を発生させるための発生源であるヒーター（光源）２１と、赤外光を断続してセル部３０およびディテクター部４０に入射させるためのチョッパー２２とから構成されている。
【０００４】
チョッパー２２は、例えば、光源２１からの光の通過を許容するように、一部を切り欠いた切り欠き部が形成された２枚羽根の回転円板と、この回転円板を回転駆動するモータとで構成されている。回転円板をモータで回転させることで、回転円板の未切り欠き部（遮光部）が光源２１の前に位置している際には光源２１からの赤外光を遮光し、切り欠き部が光源２１の前に位置している際には光源２１からの赤外光が通過し、セル部３０に照射される。
【０００５】
セル部３０は、試料ガスが導入される部位であって、パイプ３１の前後端は赤外線が広いスペクトル域で透過可能なガラスやＣＦ２等の赤外線透過性窓板３２で封止されている。パイプ３１の側面には一端から他端へガスが流れるようにガスの導出入孔３３が形成される。また、そのパイプ３１の内面は赤外光を効率よく反射するために、鏡面仕上げや金などのコーティングが施されている。
【０００６】
検出部４０は、金属ブロック４７で構成され、ブロック４７内にはガス（受感ガス）が封入された前室４１と後室４２が形成されている。前室４１、後室４２は、各室の境界が窓板３２、４５、４６で仕切られてある。
前室４１、後室４２に封入されるガスは、ＮＤＩＲの被測定対象となる、例えば、ＣＯ２等の高濃度のガス、あるいは、Ａｒ、Ｈｅ、Ｎ２等の不活性ガスで希釈されたガスが充填されている。
【０００７】
ＮＤＩＲは、試料ガスが導入されたセル部３０を透過してきた赤外光を検出部４０の前室４１、後室４２内に入射させ、前後２室に封入されたガスを赤外光で昇温することによりガスを膨張させて昇圧させる。このとき前室４１側が後室４２側より加圧状態になる。前室４１、後室４２を連通する連通路４３内に前後２室間の圧力差を検出するフローセンサ等のセンサ４４を配置しておくことで、センサ４４により圧力差を検出する。この圧力差は試料ガスを通過する赤外線強度に依存しており、試料ガスを通過した赤外線強度は試料ガス中の赤外線吸収ガスの濃度に依存することから、センサにより検出した圧力差に基づいて試料ガス中の赤外線吸収ガス濃度を測定することができる。
【０００８】
ところで、前室４１、後室４２には上述したようにガス（受感ガス）を封入する必要があり、そのため、ブロック４７の壁面を貫通するように前室４１、後室４２に、ガス封入のためのガス封入流路４８、４９が形成されている。
【０００９】
ところで、前室４１、４２へのガス封入は以下のようにして行われている。ガス封入流路４８、４９の外壁側には銅パイプ５０、５１が接着してあり、銅パイプ５０、５１は、図示しない真空ポンプと受感ガスのガスボンベとに流路が接続してある。
そして、まず真空ポンプにより銅パイプ５０、５１から前室４１、後室４２内を真空引きし、真空引きを終えると、続いてガスボンベ側から前室４１、後室４２内にガス（受感ガス）を充填する。
【００１０】
ガスが充填されると、銅パイプ５０、５１をブロック４７の外側位置５２、５３で圧切する。これにより、前室４１、後室４２内に規定濃度のガスが封止される。
【００１１】
しかしながら、パイプを圧切して封止する方法では、圧切時に銅パイプ５０、５１とブロック４７との接着面に負荷がかかり、そこから漏れが発生しやすくなっていた。
また、圧切時には漏れが発生しなくても、パイプの突出部が残るので衝突して折れることにより漏れが生じやすくなっていた。
また、突出部は外気温度の影響を受けやすいため、外気温によるガス体積の変化が分析計の性能を低下させることになっていた。
【００１２】
そのため、他の従来例として、図７に示すように、銅パイプ５０、５１を圧切して封止するのではなく、銅パイプ５０、５１のガス流路にボール５４、５５を圧入するようにして封止することがなされている。ボールを圧入して封止する場合に、突出した銅パイプ部分で封止するのではなく、金属ケース（ブロック）に切削して形成した円形の孔（ガス封入流路）に、孔の内径に比して大きめの直径に設計され、金属より硬度が高い表面の滑らかな硬質ボールを、プレス機を用いて圧入することが開示されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２０００−２８５２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、ブロック内に形成したガス封入流路にボールを圧入するようにして封止することにより、突出した銅パイプ部分がなくなるので、銅パイプに起因する漏れはなくなり、外気温度の影響も受けにくくなる。
しかしながら、ボールをガス封入流路に圧入した場合、ボールとガス封入流路とは線接触であり、接触部分のガス封入流路が汚れていたり、わずかな傷があったりすると漏れが生じやすかった。
また、ボールをガス封入流路内に急激に押し込むことにより、ボールが流路を閉塞した状態で移動することになり前室、後室の圧力が変化するが、このとき圧力衝撃がセンサに加わることになる。高感度のフローセンサなど衝撃に弱いセンサが使われると、ボール圧入時にセンサを傷めるおそれがあった。
また、ボールが流路を閉塞した状態で移動することにより、封入ガス圧力が昇圧してしまう。
【００１４】
そこで、本発明は封入したガス（受感ガス）の漏れが生じにくく、外気温度の影響を受けにくい検出部を備えた赤外線ガス分析計を提供することを目的とする。
さらに、ガス封入時に封入ガスの圧力が変動しにくく、センサなどを傷めることがない検出部を備えた赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するためになされた本発明の赤外線ガス分析計は、光源から導かれる赤外線の光路上に試料ガスが導入される測定セルと、測定セルに隣接するブロックに形成され測定セルを通過した赤外線を検出する検出部とを備えた赤外線ガス分析計であって、検出部が、ブロックの壁面に囲まれた前室および後室と、これら２室を連通する連通路と、連通路内にあって前室と後室との圧力差を検出するセンサと、ブロックの壁面を貫通する流路であって前室、後室にガスを封入した後に閉塞されるガス封入流路とから構成され、ガス封入流路は外側面が円柱状のプラグにより閉塞されるようにしている。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、検出部のブロックの壁面を貫通するガス封入流路には、円柱状の外側面を有するプラグが挿入される。これにより、ガス封入流路とプラグの外側面とが面接触するのでガス封入流路に汚れやわずかな傷がある場所があったとしても、それ以外の場所で封止することができるので、ガスの漏れが生じにくい構造にすることができる。
【００１７】
また、ガス封入流路の内壁と接触する部分と非接触の部分とが交互に形成されるようにプラグ外側面に凹凸が形成されるようにしてもよい。
これによれば、ガス封入流路内壁とプラグ外側面との間の凹凸による咬み合いによる多重のシール効果によって外側面全面が面接触する場合よりもガス封入流路内壁とプラグ外側面とが接触する部分のシール性が改善され、さらに漏れの生じにくい構造にすることができる。
【００１８】
プラグとブロックとは同じ材料同じか熱膨張係数が略等しい材料が用いられるようにしてもよい。
これによれば、温度変化が生じてもプラグとブロックとの熱膨張係数が同じか略等しいため、シール部分での熱の影響が小さくなり、シール性が改善される。
熱膨張係数が略等しい場合としては、例えば銅-ＳＵＳ程度の差であれば十分許容される。
【００１９】
プラグは外側面が円柱状で、かつ、上面に穴部が形成されるプラグ本体と、穴部に嵌入する嵌入部材とからなり、プラグ本体の外側面径は嵌入部材が嵌めこまれていない状態ではガス封入流路の内径よりわずかに小さく、穴部に嵌入部材を嵌めた状態でプラグ本体の外側面がガス封入流路内面に当接するように形成されてもよい。
これによれば、プラグ本体をガス封入流路内に入れるときにはガス封入通路の内壁とプラグ外側面との間にわずかな隙間があり封入ガスが隙間から抜けることができるので、前室、後室内に圧力衝撃を与えることがなく、連通路のセンサにも衝撃が加わることはない。プラグ本体をガス封入封路内に入れた後に、嵌入部材を穴部に嵌めるようにすることで、プラグ本体が径方向に広がってプラグ本体の外径が増大し、ガス封入流路を閉塞する。
【００２０】
プラグ本体の上面の穴部はテーパー形状をなすようにしてもよい。
これにより、嵌入部材を嵌めるときにプラグ本体は半径方向に有効に広がり、軸方向にはほとんど移動しないのでセンサへの圧力衝撃はさらに発生しなくなる。
【００２１】
ガス封入流路は段差部を有し、プラグが段差部を先端にして固定されるようにしてもよい。
これにより、段差部分でプラグを固定することにより、軸方向への移動を完全に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施態様を、図面を参照しつつ説明する。図１は本発明の一実施形態である赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）の全体構成図である。
図１のＮＤＩＲは、大きく分けると検出部１０、光源部２０、セル部３０とからなる。このうち光源部２０、セル部３０については、従来例で示した図６と同じであるので同一符号を付すことにより、説明を省略する。また、検出部１０についても図６と同じものについては同符号を付すことにより一部説明を省略する。
【００２３】
検出部１０は、アルミのブロック１１で構成される。ブロックとしてはアルミに限られず、銅、ステンレスなどの金属であってもよい。
ブロック１１内にはセル３０に近い側から前室４１、後室４２が形成され、前室４１は窓板３２、４５により仕切られ、後室４２は窓板４５、４６により仕切られている。これらの窓板３２、４５、４６は、赤外線を透過するＣａＦ２が用いられている。
【００２４】
ブロック１１の壁面４２には、前室４１から後室４２に連通する連通路４３が形成され、連通路４３の途中にセンサ４４が取り付けてある。センサ４４は２室間の圧力差を検出できるものであればよく、例えば薄膜型熱線式フローセンサが好適である。
【００２５】
前室４１からブロック１１の壁面を貫通するようにガス封入流路１２、１３が形成してある。ガス封入流路１３の内径ａはガス封入流路１２の内径ｂより大きくしてあり、ガス封入流路１３とガス封入流路１２との境界に段差が形成されている。
同様に、後室４２からブロック１１の壁面を貫通するようにガス封入流路１４、１５が形成してあり、ガス封入流路１５の内径ｃは、ガス封入流路１４の内径ｄより大きくしてあり、ガス封入流路１５とガス封入流路１４との境界に段差が形成されている。
【００２６】
ガス封入流路１３、１５内には、ガス封入流路１２、１３、ガス封入流路１４、１５からガス（受感ガス）を封入した後に、円柱状のプラグ１６、１７が嵌め込んで、流路を閉塞するようにしてある。
【００２７】
このプラグ１６，１７の材料には、ブロック１１と同じものを用いることが熱膨張による影響をなくす点から好ましく、例えばアルミのブロックの場合はアルミのプラグを用いるのが好適である。なお、銅とＳＵＳのように熱膨張係数が近い材料同士を用いてもよい。
【００２８】
プラグ１６、１７をガス封入流路１３、２５内に取り付ける際に、プラグ１６、１７の先端が流路の段差部分に当接するようにすれば、封止された空間の容積が一定になり、前室４１、後室４２のガス圧力も再現性よく設定できるので望ましい。
【００２９】
円柱状のプラグ１６、１７は、ガス封入流路１３の内径ａよりわずかに大きい外径のものを圧入するようにすれば、簡単に封止することができる。そのため、センサなどに特に影響を及ぼすことがない場合はこの方法でも問題なく封止することができる。
【００３０】
しかし、プラグ挿入の際に圧力衝撃がセンサ４４に加わるので、圧力変動に弱いセンサ４４を用いた場合にはセンサ４４を傷めるおそれがある。
そのため、圧力衝撃がセンサ４４に加わらないようなプラグ封入方法およびそのときのプラグ形状の実施形態について次に説明する。
【００３１】
図２は本発明の一実施形態であるプラグの拡大断面図である。このプラグ１８は、外側面が円柱形状で上面に穴部２が形成されたプラグ本体１と、プラグ本体１の穴部２に嵌めこむことができるようにした嵌入部材３とから構成される。
【００３２】
穴部２の内面形状と勘合部材３の外面形状とは互いに嵌合できる関係にしてあり、勘合部材３は、勘合部材３を穴部２に嵌入したときにプラグ本体１を押し広げてプラグ本体１の径がわずかに広がるような寸法関係にしてある。
【００３３】
なお、本実施例では穴部２の内面形状がテーパー穴であり、嵌入部材３がこのテーパー穴に対応したテーパーロッド形状を有するようにしてある。これは穴部２と勘合部材３とをテーパー穴とテーパーロッド形状とすることにより、嵌入させる際に勘合部材をプラグ本体１にスムーズに挿入することができるようにするためである。
【００３４】
また、嵌入部材３の中心にはガス抜き用の貫通孔４が形成してあり、嵌入部材３を穴部２に嵌入したときにガスが閉じ込められないようにしてある。
【００３５】
次に、図２に示したプラグ１８をガス封入流路１３、１５への取り付ける手順について図を用いて説明する。図３、図４は、プラグ１８をガス封入流路内に挿入するときの状態を説明する図である。プラグ１８を挿入する際に、図３に示すように、真空排気ラインに接続される配管口６２、ガス封入ラインに接続される配管口６３が形成された容器６１からなる封止用治具６０が用いられる。
容器６１内には封止に用いるプラグ本体１と嵌入部材３とが分離した状態で図示しないマニュピレータで保持されており、マニュピレータの操作により、プラグ本体１、嵌入部材３が順次ガス封入流路内に押し込むことができるようになっている。
【００３６】
ガス封入流路１３、１５（ガス封入流路１５側は図示していない）を覆うように容器６１をブロック１１の外壁面に当接する。
配管口６２に接続されている真空排気ラインにより、容器６１内およびガス封入流路１３、１２、前室４１、連通路４３、後室４２を真空引きする。
【００３７】
真空引きを終えると、真空排気ラインを閉じ、ガス封入ラインを開いてガス（受感ガス）をゆっくり導入する。このときに大きな圧力変動が生じないように注意する。所望の圧力までガスが充填されると、ガス封入ラインを閉じる。
【００３８】
続いて図４（ａ）に示すように、マニュピレータを駆動してプラグ本体１をガス封入流路１３、１５内に送り、図４（ｂ）に示すように段差部分で当接するようにする。このときガス封入流路１３、１５の内径に比してプラグ本体１の外径が小さくしてあるため、ガス封入流路１２内壁とプラグ本体１との間に隙間が生じており隙間を介してガスが抜けるので、ガス封入流路２より奥側の圧力が変動することはない。
また、以上の封止工程は、流路１３、１５について同時に行うことにより両室の圧力差は生じない。
【００３９】
続いてプラグ本体１が段差部分で固定された状態で、マニュピレータを駆動して嵌入部材３プラグ本体１の穴部２に挿入する。これにより、図４（ｃ）に示すようにプラグ本体１が径方向に押し広げられ、プラグ本体１の外側面とガス封入流路１３、１５の内壁面とが面接触することとなり漏れの生じにくいシールが形成される。
【００４０】
図５は、図２におけるプラグ本体１をさらに改良したプラグ本体の拡大断面図である。このプラグ本体５では、円柱形状のテーパー穴が形成されるとともに穴部６その外側面において周方向に複数の溝７が刻んである。図１のガス封入流路１３、１５にプラグ本体５を入れて図２の嵌入部材３を穴部６に挿入するとガス封入流路１３、１５の内壁とプラグ本体１９の凹凸面とが咬み合うことにより、シール性をさらに向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、検出部に封入されるガスの漏れが生じにくいＮＤＩＲ（赤外線ガス分析計）を製造する際に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施例である赤外線ガス分析計の構成図。
【図２】本発明の他の一実施例である赤外線ガス分析計に用いるプラグの断面図。
【図３】ガス封入流路内にプラグを挿入するときの状態を説明する図。
【図４】ガス封入流路内にプラグを挿入するときの状態を説明する図。
【図５】本発明の他の一実施例である赤外線ガス分析計に用いるプラグの断面図。
【図６】従来からの赤外線ガス分析計の構成図。
【図７】従来からの赤外線ガス分析計の検出部。
【符号の説明】
【００４３】
１：プラグ本体
２：穴部（テーパー穴）
３：嵌入部材（テーパーロッド）
５：プラグ本体
６：穴部
７：溝
１０：検出部
１１：ブロック
２０：光源部
３０：セル部
４１：前室
４２：後室
１２、１３、１４、１５：ガス封入流路
１６、１７、１８、１９：プラグ
３２、４５、４６：窓板
４３：連通路
４４：センサ
６０：封止用治具
６１：容器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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